Расчет одиночного излучателя

Введение

В данной курсовой работе рассматривается линейная решетка, излучателями которой служат цилиндрическая спиральные антенны. Спиральная антенна относится к антеннам бегущей волны, поле излучения которых в направлении оси имеет вращающуюся (круговую) поляризацию. Такие антенны широко используются в радиолокации для получения более контрастного изображения цели на фоне помех, а также при работе с летательными и космическими аппаратами, положение антенн которых в пространстве не стабилизировано.

Однозаходная цилиндрическая спиральная антенна представляет собой проволочную спираль с постоянным шагом S, выполненную на цилиндрической поверхности радиуса R=a.

Один конец спирали остается свободным, а другой соединен с внутренним проводником коаксиальной линии. Внешний проводник коаксиальной линии присоединяется к металлическому экрану, имеющему форму диска или многоугольника. Экран служит для получения однонаправленного излучения и уменьшения токов, наводимых на внешнем проводнике коаксиального фидера. Диаметр экрана выбирается (0,7 - 0,9) λ.

Для обеспечения более хороших свойств антенны (например более высокой скорости перемещения луча в пространстве) применяют антенные решетки (рис.1)

рис.1

Мощность с выхода передатчика поступает в распределительно-управляющее устройство. Здесь осуществляется деление мощности в нужной пропорции между излучателями решётки, а также обеспечивается создание требуемых фазовых сдвигов между токами в них. Для решения этих задач в распределительно-управляющих устройствах применяются делители мощности, фазовращатели, коммутаторы и другие элементы фидерного тракта. Формируемая решёткой диаграмма направленности зависит от диаграмм направленности отдельных излучателей, их взаимного расположения и числа.

Использование АР позволяет существенно повысить эффективность современных бортовых и наземных радиосистем за счет осуществления быстрого безынерционного обзора пространства путем сканирования луча АР электрическими методами; увеличение коэффициента усиления антенны; формирование диаграммы направленности с требуемой шириной и уровнем боковых лепестков путем создания соответствующего амплитудно-фазового распределения по раскрыву решетки.

Анализ поставленной задачи.

По техническому заданию надо спроектировать сканирующую в вертикальной плоскости линейную антенную решетку, излучателями которой служат цилиндрические спиральные антенны.

Также необходимо заметить, что у спиральных антенн в зависимости от формы ДН и направления максимума излучения различают три режима: режим бокового или поперечного излучения, режим осевого излучения и режим наклонного излучении. Наиболее используемым является режим осевого излучения, обеспечивающий максимальный КНД и круговую поляризацию в направлении максимума ДН. Направление вращения плоскости поляризации совпадает с направлением намотки спирали.

Используем следующую методику расчета. Сначала основываясь на значении рабочей частоты и длине антенной решетки, которые являются, исходными данными для расчета вычисляем параметры одиночной спиральной антенны и ее ДН. После этого используя значения угла сканирования и уровня боковых лепестков, вычисляется количество излучателей решетки, расстояние между ними, а также ДН множителя решетки.

После этого вычисляется ДН линейной антенной решетки.

Расчет одиночного излучателя

В качестве одиночного излучателя берется цилиндрическая спиральная антенна.

Исходными данными является рабочая частота и длина АР.

Вычисляется рабочий диапазон:

м

Длина витка спирали принимается равной длине волны рабочего диапазона:

Определяем длину одиночного излучателя, берем

где D - КНД,

а G - коэффициент усиления.

Оптимальный шаговый угол спирали равен α=11°. Следующим пунктом рассчитываются шаг и радиус спирали.

Вычисляется количество витков спирали n=l₁/s=8, производится перерасчет l₁=ns=0,076м = 7,6см. Проверяется величина коэффициента усиления

22.897 := G

Или G=D=13.598 дБ.

Ширина диаграммы направленности находится по формуле приведенной в литературе [6].

(2Θ0.5) = 52°

Входное сопротивление Zвх=Rвх=140 Ом.

Рассчитывается эквивалентная фазовая скорость тока спирали

Vопт =c/ [ (1+λ/2l₁) sinα] = 11.84*10⁸ м/с V= Vопт* sinα= 2.26*10⁸ м/с.

Рассчитывается форма диаграммы направленности. Где k - волновое число, L - длина витка спирали,ξ - коэффициент укорочения волны (ξ= (s+λ) /L, ξ=1.22).